能源是人类生存和发展的物质基础。地球上的化石能源满足人类的使用时间有限。当石油、煤炭、天然气用完后，我们该怎么办？同时，化石燃料在利用过程中污染环境，也给社会经济可持续发展带来严重影响。因此，科学家一直在思考、如果能够在地球上可控地实现核聚变，人类就可以拥有清洁而且源源不断的新能源。为此他们从20世纪30年代发现了核聚变程序开始，就锲而不舍地开展利用核聚变的研究与实践。

能源是人类生存和发展的物质基础。地球上的化石能源满足人类的使用时间有限。当石油、煤炭、天然气用完后，我们该怎么办？同时，化石燃料在利用过程中污染环境，也给社会经济可持续发展带来严重影响。因此，科学家一直在思考、如果能够在地球上可控地实现核聚变，人类就可以拥有清洁而且源源不断的新能源。为此他们从20世纪30年代发现了核聚变程序开始，就锲而不舍地开展利用核聚变的研究与实践。

一、什么是核聚变

核聚变（nuclear fusion），又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。是指在高温高压等一定情况下，原子核互相汇聚，造成中子和氦，并伴随极大动能释放出来的核反应方式。

核是指由质量小的原子，主要是指氘，在高温高压等一定情况下,让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。参与核反应的轻原子核从热运动获得必要的动能而引起聚变反应(热核反应)。

简单地说，核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变反应发生在一种叫作等离子体的物质状态中。等离子体是一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体，具有不同于固体、液体和气体的独特性质。

二、核聚变—人类清洁能源圣杯

我们都知道，作为地球能源的供给者，太阳之所以能量源源不断就在于它由一种称为核聚变的反应提供动力，内部一直在进行大量的核聚变。

人类主要消耗的石油、天然气、煤炭等化石能源，是存储了亿万年之前光合作用产生的能量，但随着人类化石能源需求越来越大，能源消耗速度日益见长，科学家预测未来的100到300年，化石能源必然枯竭，人类的文明想要继续发展，必须寻找新的能源。

于是他们将目光转向了核聚变，如果核聚变能够在地球上可控地复制，人类就可以拥有几乎无限的清洁、安全和廉价的能源，缓解世界即将面临的能源危机。

从技术层面上来说，核聚变是一个人造过程，它复制了为太阳提供动力的相同能量。 当两个或多个原子融合成一个较大的原子时，就会发生核聚变，这个过程会产生大量的能量作为热量。

一杯水加上一点氚，可以为一所房子供电一年。氚更稀有，也更具挑战性，尽管它可以合成制造。
可控核聚变直接关系到人类和平利用核能的更高阶段，也是人类解决能源短缺问题的重要技术方向。在能源安全和碳中和两大背景下，聚变能已成为大国竞争的战略焦点。当下，全球所有的核电站都是基于可控核裂变技术而建设。可以说，可控核裂变发电站技术已经相当成熟，掌握第三代可控核裂变发电站的国家已经有法国、美国、俄罗斯、中国、韩国以及日本等六个国家。

三、各国在核聚变研究上的最新进展

美国

2022年12月13日，美国能源部宣布，加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）首次成功在核聚变反应中超出了聚变阈值，实现了大于1的净能量增益，即用2.05兆焦的激光能量，核聚变出约3.15兆焦的能量。

这一具有里程碑意义的创举，被认为是人类向零碳融合能源所迈出的重要一步。尽管LLNL主任布迪勒表示，在科学和技术方面，该技术都存在非常显著的障碍，可能需要“数十年”才能实现商业化。但布迪勒也表示，如果投资和关注到位，这个时间表“可以更快一些”。

中国

2022年5月28日，中科院合肥研究院等离子体所全超导托卡马克核聚变实验装置EAST (东方超环)控制大厅里传来捷报，正在开展的第16轮EAST装置物理实验实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行，再次创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。

今年1月6日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所核聚变大科学团队利用有“人造太阳”之称的全超导托卡马克大科学装置（EAST），发现并证明了一种新的高能量约束模式——超级I模（Super I-mode），对国际热核聚变实验堆和未来聚变堆运行具有重要意义。1月7日，国际学术期刊《科学·进展》发表了该研究成果。

日本

2023年3月23日，日本媒体报道，日本和美国的科研团队已经成功地实现了氢与硼核聚变，这是一种充满希望的清洁能源技术。该技术利用了壳层内包含氢和硼的某些物质的性质，通过强烈的激光脉冲来加热这些物质，从而在相对较小的空间内实现核聚变。

四、磁约束核聚变——最有前途的核聚变反应

目前接近实现可控热核聚变的研究主要分为两大流派：

一是磁约束核聚变，让氘和氚等在极高温度下，完全电离为由原子核和自由电子组成的等离子体，再利用特殊磁场，将高温的等离子体约束在有限空间内，让它们沿着设定的轨迹运动并不断加速（加热），直至产生核聚变反应。

另一条是惯性约束核聚变又称为激光惯性约束核聚变，利用多束高能激光，从四面八方轰击装有核燃料的微小腔体，引发内爆产生瞬间的高温和高压，用巨大的压力使燃料发生核聚变反应。NIF的实验走的就是这条路线。 

其中磁约束方式被认为是最有前途的。

磁约束核聚变的典型是托克马克装置，如国际热核聚变实验反应堆（ ITER ）、和位于安徽合肥的我国的人造小太阳项目（ EAST ）装置。

EAST是由中国独立设计制造的世界首个全超导核聚变实验装置也是中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主研制的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克，瞄准未来聚变能商用目标的关键科学问题，近年来在高性能、稳态、长脉冲等离子体研究方面取得了多项原创性成果。

中科院李建刚院士曾表示:中国EAST的科学目标是“三个1”:1兆安等离子体电流，1000秒的维持时间，1亿摄氏度的高温。在团队的不断努力下，中国EAST在2018年、2020年、2021年分别实现中1亿摄氏度运行、发电、可重复1.2亿摄氏度、101秒，1.6亿摄氏度、20秒的等离子体运行等多次新的世界纪录。

如中国工程院，中国人造太阳”EAST牵头人李建刚院士所说虽然可控核聚变技术仍需持续的研究和改进，在核聚变技术成熟应用之前，还需要一代人两代人共同的努力，但是我们相信在现在以及未来科学家的不懈努力下，将来这种核聚变技术能够以一种更加成熟的形式，成为我们可持续发展的重要战略支撑，也会有更多的人加入核聚变事业，延续“羲和探日，嫦娥奔月，天宫遨游、祝融探火”的故事，共同托起明天的太阳。